一種焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對焦化行業焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法。
【背景技術】
[0002]由于技術及經濟原因，目前國內焦化行業煉焦爐產生的焦爐煙氣大多通過焦爐煙囪進行高空排放。焦爐煙氣中所含的二氧化硫和氮氧化物未經凈化處理，直接排放到大氣中，對人體健康及大氣環境造成了嚴重危害。
[0003]二氧化硫是具有刺激性臭味的無色透明氣體。在大氣中，二氧化硫會被氧化而形成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是環境酸化的重要前驅物質。二氧化硫與大氣中的粉塵有協同作用，如倫敦煙霧事件、馬斯河谷事件和多諾拉煙霧事件，都是這種協同作用造成的危害。
[0004]煙氣中造成大氣污染的氮氧化物主要是指一氧化氮和二氧化氮。一氧化氮是無色無味氣體，二氧化氮是一種棕紅色、高度活性的氣態物質。氮氧化物主要損害人的呼吸道，二氧化氮還是酸雨的成因之一。在陽光的照射下，大氣中的氮氧化物、碳氫化合物和臭氧之間發生一系列光化學反應而生成藍色煙霧(有時帶些紫色或黃褐色)。光化學煙霧的刺激性和危害性比一次污染物強烈得多。
[0005]在焦化行業中，煉焦是指煉焦煤按生產工藝和產品要求配比后，裝入隔絕空氣的密閉煉焦爐內，經高、中、低溫干餾轉化為焦炭、焦爐煤氣和化學產品的工藝過程。煉焦爐型包括:常規機焦爐、熱回收焦爐、半焦碳化爐三種。煉焦爐的爐膛結構與燃煤發電鍋爐的爐膛結構完全不同。由于煉焦爐的特殊爐膛結構，廣泛應用于燃煤發電鍋爐的低氮燃燒技術無法應用于焦爐煙氣的脫硝處理。在焦化行業中，焦爐煙氣與燃煤發電鍋爐煙氣相比具有顯著不同的特點，比如煙氣含硫濃度相對低、煙氣含氮濃度相對高、煙氣含塵濃度低且粉塵性質不同、煙氣含水量高等等。其中最大的不同在于焦爐煙氣系統出口溫度與燃煤發電鍋爐煙氣系統出口溫度不同，燃煤發電鍋爐煙氣系統出口溫度正常工況一般在300°C-500°C之間，而焦爐煙氣系統出口溫度正常工況一般在160°C-210°C之間。廣泛應用于燃煤發電鍋爐煙氣脫硝的SCR技術，脫硝效率較高，可以達到90 %。但是傳統的SCR脫硝催化劑，其最佳的反應溫度窗口在350°C-420°C之間，無法應用于焦爐煙氣脫硝處理。現在雖然有了最新的中低溫SCR脫硝工藝，可以在160 °C_300°C之間進行脫硝，但是技術不成熟而且效率不高。而且經過脫硫塔后的煙氣溫度一般在50°C-60°C，若采用中低溫SCR脫硝技術，則需要配備一套GGH系統，將脫硫塔排出的煙氣加熱后才能達到脫硝的目的，整個裝置投資提升，GGH占地面積大，且GGH容易堵塞、腐蝕，運行狀態不穩定。因此，研發一種適合于焦爐煙氣的高效率的低溫脫硝技術勢在必行。
[0006]目前大氣污染治理普遍采取的脫硫技術有干法、半干法和濕法等幾類。干法和半干法存在脫硫效率不高的缺點。傳統濕法脫硫工藝脫硫效率高，技術成熟，在燃煤發電鍋爐煙氣治理中得到廣泛應用，例如石灰石石膏法脫硫，氨法脫硫等等。在焦化行業中，由于焦爐煙氣自身的特點，煙氣量相對不大、煙氣含硫濃度相對較低，如果再增加一套脫硫裝置進行單獨脫硫必將增加設備投資費用和運行費用。因此，研發一種適合于焦爐煙氣的在同一凈化裝置內既能進行高效率低溫脫硝同時又能高效率脫硫的系統和方法，具有非常廣闊的工業應用前景。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，本發明能使焦化行業煉焦爐所產生的煙氣達到90%以上的脫硝效率、99%以上的脫硫效率，焦爐煙氣氮氧化物和二氧化硫的排放濃度遠低于《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171-2012)中特別排放限值的要求，本系統不需高溫段，投資成本低，能量消耗低，無二次污染且能回收經濟效益，使用便捷且維護方便，是目前焦化行業焦爐煙氣治理最優的脫硫脫硝方法。
[0008]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，系統包括吸收塔、煙氣降溫裝置、脫硝氧化系統、煙道、固液分離器、液液分離器和焦爐煙氣回收裝置，所述吸收塔的頂部連接有直排煙囪，所述吸收塔的內部裝填塔內件和有機催化劑，所述吸收塔的底部連接有化產車間氨水回收裝置和氨水供給口，所述脫硝氧化系統包括臭氧發生器和臭氧氣體分布器，所述臭氧發生器連接有氧氣管道，所述煙道設有煙氣降溫裝置和臭氧氣體分布器。
[0009]進一步的，所述方法具體步驟如下:
[0010]步驟一:焦爐煙氣通過煙道經煙氣降溫裝置降溫后，再經過氣體分布器與臭氧反應，然后進入吸收塔；
[0011 ]步驟二:氣態氧經減壓至0.2MPa后進入臭氧發生器，臭氧發生器產生的臭氧混合氣進入煙道內安裝的氣體分布器氧化煙氣中的低價氮氧化物，煙道內的氣體分布器使臭氧與煙氣充分接觸，煙氣中低價態的氮氧化物被氧化成高價氮氧化物后，進入吸收塔；
[0012]步驟三:煙氣在吸收塔內垂直向上移動，與吸收塔內噴淋層噴出的混合液中的水發生反應，生成H2SO3和NHO2，其中，S032—和NO2-被混合液中的有機催化劑捕捉，生成穩定的螯合物，在有氧環境下，螯合物中的S032—和NO〗—成分被氧化成穩定的S042—和N03—，并與焦化廠化產車間回收的氨水反應生成穩定的銨鹽溶液，同時，有機催化劑從螯合物中分離并還原，脫除一.氧化硫；
[0013]步驟四:當鹽液濃度達到40%時，取出吸收塔內混合液經固液分離器過濾少量的粉塵，含有機催化劑的濾液再進入液液分離器進行二次分離，液液分離后的有機催化劑回收至吸收塔循環使用，銨液送入焦化廠硫銨干燥系統制備化肥外售，凈化后的煙氣從塔頂直排煙囪達標排出。
[0014]進一步的，所述吸收塔的底部通過管道連接有氧化風機。
[0015]進一步的，所述固液分離器通過管道與吸收塔的底部相連接，固液分離器的另一端與液液分離器相連接。
[0016]進一步的，所述步驟一中的方法屬于低溫脫硝，其溫度為20-130°C.
[0017]進一步的，所述臭氧的加入量與煙氣中氮氧化物成正比，摩爾比為I: I。
[0018]進一步的，所述固液分離器采用集束式過濾器，所述液液分離器采用潷淅式分離器。
[0019]本發明的有益效果有以下幾點:
[0020]1、低溫脫硝:本系統實現了真正的低溫脫硝，無需高溫段，無需對原煙氣發生系統作任何改動，臭氧和有機催化劑共同作用，在20-130°C的溫度區間即實現了對煙氣的低溫脫硝。
[0021]2、脫除效果極強:在催化劑的作用下，即使使用高硫煤，本系統仍能將煙氣出口平均污染物濃度控制在極低的排放值(如二氧化硫:10mg/Nm3，氮氧化物:30mg/Nm3)以下，
[0022]3、具有多效減排能力:在同一個脫硫系統中，可以同時具有脫硝(達90%以上)、脫硫(可達99 %以上)、二次除塵等污染物減排效果；
[0023]4、無二次污染:本系統無廢水排放，水資源循環使用，副產品銨肥有穩定的市場渠道，徹底解決環保問題。
[0024]5、無逆反應:獨特的反應基理，有機催化劑可有效阻止亞酸鹽分解的逆反應發生，并且無氨法脫硫中間產物NH4SO3的產生，從而有效的避免了煙氣拖尾、氨法脫硫氨逃逸和鈣法脫硫石膏雨現象的產生。
[0025]6、固液分離后渣餅含水率可達到30%，濾液顆粒物含量小于15ppm;液液分離后銨鹽溶液中有機催化劑含量小于0.6ppm，為化肥制備提供了有效的保證條件。
[0026]7、副產品銨肥品質高，能達到銨肥生產相關國家標準，可帶來顯著的副產品收益，大幅度降低系統運行成本。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法的流程示意圖；
[0028]圖2為本發明實施例1對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統的流程示意圖；
[0029]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0030]I為吸收塔，2為煙氣降溫裝置，3為氣體分布器，4為臭氧發生器，5為直排煙囪，6為氧化風機，7為固液分離器，8為液液分離器，9為煙道，10為焦化廠煉焦爐，11為焦爐煙氣余熱回收裝置，12為風機，13為焦化廠煙囪。
【具體實施方式】
[0031]以下對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0032]焦化煙氣主要污染物是氮氧化物，并含有少量的二氧化硫和粉塵，氮氧化物中，一氧化氮約占90%，其余為二氧化氮等，一氧化氮是較難處理的污染物質之一，當其被氧化為高價態的氮氧化物后能與水反應生成亞硝酸，其亞酸根離子極難被有機催化劑捕捉，通過在煙道里加入臭氧，可將一氧化氮氧化為高價態氮氧化物，并在吸收塔中進行脫除，同時少量二氧化硫直接溶于水后生成亞硫酸，并在吸收塔中一起被脫除，根據污染物濃度調整臭氧和氨水的加入量，對于已經配備濕法脫硫裝置的焦化煙氣治理系統，則可以對其進行適當改造，與本發明的方法配套，節約投資成本。臭氧發生器的氧化來源依托焦化廠現有空分裝置，氨水使用焦化廠化產車間回收的氨水，根據煙氣量和污染物濃度確定有機催化劑初裝比例，并根據煙氣中含氧量確定是否配置氧化風機，控制吸收塔內PH值，當吸收塔內銨鹽溶液達到設定濃度后，將生產的銨鹽溶液送入焦化廠現在硫銨干燥系統制備化肥外售，回收經濟效益。
[0033]實施例
[0034]煉焦爐生產規模為65萬噸/年，其產生焦化煙氣量為8X104Nm3/h，煙氣溫度為165°(:，煙氣中二氧化硫濃度為2501^/_3，氮氧化物濃度為80011^/_3，氧含量為3.7%，含水率為 20%。
[0035]如圖2所示，一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統，本系統針對的焦化煙氣來自于焦化廠煉焦爐10，本系統包括通過煙道9與焦爐煙氣余熱回收裝置11和風機12相連的吸收塔I，所述煙道內設有煙氣降溫裝置2和氣體分布器3，通過管道與所述氣體分布器相連的臭氧發生器4，臭氧發生器通過氧氣管道與焦化廠空分裝置相連，所述吸收塔內部裝填塔內件和有機催化劑，所述吸收塔的頂部連接有直排煙囪5，所述吸收塔底部通過氨水管道與焦化廠化產車間氨水回收裝置相連，通過空氣管道與所述吸收塔的底部相連的氧化風機6，通過漿液管道與所述吸收塔的底部相連的固液分離器7，通過漿液管道與所述固液分離器連接的液液分離器8，所述液液分離器通過管道與焦化廠硫銨干燥系統相連。
[0036]所述吸收塔I內裝填有初裝比例(體積)為25%的有機催化劑，吸收塔內PH值控制在5.8，塔內液氣比采用5L/Nm3。
[0037]使用時，焦爐煙氣通過煙道9經煙氣降溫裝置2降溫至130°C后，再經過氣體分布器3與臭氧反應，然后進入吸收塔I，焦化廠現有空分裝置提供的氣態氧經減壓至0.2MPa后進入臭氧發生器4，臭氧發生器4產生的臭氧混合氣進入煙道9內安裝的氣體分布器3氧化煙氣中的低價氮氧化物，臭氧的加入量與煙氣中氮氧化物的摩爾比采用1:1。煙道9內的氣體分布器3使臭氧與煙氣充分接觸，煙氣中低價態的氮氧化物被氧化成高價氮氧化物后，進入吸收塔I，煙氣在吸收塔內垂直向上移動，與吸收塔I內噴淋層噴出的混合液中的水發生反應，生成H2SO3和NHO2，其中，S032—和NO2-被混合液中的有機催化劑捕捉，生成穩定的螯合物，在有氧環境下，螯合物中的S032—和NO2-成分被氧化成穩定的S042—和N03—，并與焦化廠化產車間回收的氨水反應生成穩定的銨鹽溶液，同時，有機催化劑從螯合物中分離并還原。當鹽液濃度達到40%時，取出吸收塔I內混合液經固液分離器7過濾少量的粉塵，含有機催化劑的濾液再進入液液分離器8進行二次分離，液液分離后的有機催化劑回收至吸收塔循環使用，銨液送入焦化廠硫銨干燥系統制備化肥外售。凈化后的煙氣從塔頂直排煙囪達標排出。煙氣中氧含量低于4%，因此本系統設置了氧化風機6。事故和維修狀態下，焦化煙氣切換至焦化廠煙囪13直接排放。
[0038]本系統出口凈煙氣檢測到煙氣溫度為55°C，其中二氧化硫濃度為5mg/Mm3，氮氧化物濃度為45mg/m3，已遠遠低于《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171-2012)中特別排放限值的規定。《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171-2012)中“表6大氣污染物特別排放限值”中規定:二氧化硫達標濃度為30mg/Mm3，氮氧化物達標濃度為150mg/m3。
[0039]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的原理和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，系統包括吸收塔、煙氣降溫裝置、脫硝氧化系統、煙道、固液分離器、液液分離器和焦爐煙氣回收裝置，所述吸收塔的頂部連接有直排煙囪，所述吸收塔的內部裝填塔內件和有機催化劑，所述吸收塔的底部連接有化產車間氨水回收裝置和氨水供給口，所述脫硝氧化系統包括臭氧發生器和臭氧氣體分布器，所述臭氧發生器連接有氧氣管道，所述煙道設有煙氣降溫裝置和臭氧氣體分布器。2.根據權利要求1所述的一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，所述方法具體步驟如下: 步驟一:焦爐煙氣通過煙道經煙氣降溫裝置降溫后，再經過氣體分布器與臭氧反應，然后進入吸收塔； 步驟二:氣態氧經減壓至0.2MPa后進入臭氧發生器，臭氧發生器產生的臭氧混合氣進入煙道內安裝的氣體分布器氧化煙氣中的低價氮氧化物，煙道內的氣體分布器使臭氧與煙氣充分接觸，煙氣中低價態的氮氧化物被氧化成高價氮氧化物后，進入吸收塔； 步驟三:煙氣在吸收塔內垂直向上移動，與吸收塔內噴淋層噴出的混合液中的水發生反應，生成H2SO3和HNO2，其中，S032—和NO2-被混合液中的有機催化劑捕捉，生成穩定的螯合物，在有氧環境下，螯合物中的S032—和NO〗—成分被氧化成穩定的SO42IPNO3-，并與焦化廠化產車間回收的氨水反應生成穩定的銨鹽溶液，同時，有機催化劑從螯合物中分離并還原，脫除二氧化硫;步驟四:當鹽液濃度達到40%時，取出吸收塔內混合液經固液分離器過濾少量的粉塵，含有機催化劑的濾液再進入液液分離器進行二次分離，液液分離后的有機催化劑回收至吸收塔循環使用，銨液送入焦化廠硫銨干燥系統制備化肥外售，凈化后的煙氣從塔頂直排煙囪達標排出。3.根據權利要求1所述的一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，所述吸收塔的底部通過管道連接有氧化風機。4.根據權利要求1所述的一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，所述固液分離器通過管道與吸收塔的底部相連接，固液分離器的另一端與液液分離器相連接。5.根據權利要求2所述的一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，所述步驟一中的方法屬于低溫脫硝，其溫度為20-130°C。6.根據權利要求2所述的一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，所述臭氧的加入量與煙氣中氮氧化物成正比，摩爾比為1:1。7.根據權利要求2所述的一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法，其特征在于，所述固液分離器采用集束式過濾器，所述液液分離器采用潷淅式分離器。
【專利摘要】本發明涉及一種對焦爐煙氣低溫脫硝協同脫硫的系統及方法。該系統及方法應用獨特的有機催化劑，能夠在20?130℃的溫度區間對焦化行業焦爐煙氣實現高效率低溫脫硝，同時還能高效脫除二氧化硫。本系統針對的焦爐煙氣來自于焦化廠煉焦爐，本發明能使焦爐煙氣達到90％以上的脫硝效率、99％以上的脫硫效率。本系統不需高溫段，投資成本低，能量消耗低，無二次污染且能回收經濟效益，使用便捷且維護方便，是目前焦化行業焦爐煙氣治理最優的脫硫脫硝方法。
【IPC分類】B01D53/86, B01D53/60
【公開號】CN105709595
【申請號】CN201610053237
【發明人】從明耀
【申請人】北京長信太和節能科技有限公司